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문제 정의
- 본 연구에서 관찰하고자 하는 것은 대두단백질의 혈중 콜레스테롤 저하 원인 성분에 관한 것이 아니고, 대두단백질이 관연 독자적으로 혈중 콜레스테롤 농도를 저하시킬 수 있는지 여부에 관한 것이다. 대두단백질이 동물의 혈액 콜레스테롤 농도를 저하시킨다는 주장이 성립되려면 실험 종료시 혈중 농도가 실험 시작 때보다 더 낮아지는 경향이라도 보여야 한다.
- 본 연구에서는 대두단백질의 혈액 콜레스테롤 저하 효과를 판단하는데 있어서 그 동안 간과되고 있는 중요한 관점 한가지를 확인하고자 한다. 동물 실험에서 대두단백질의 콜레스테롤 저하 효과가 그 자체의 독자적인 작용이라기보다 카제인과 비교할 때 만 나타나는 상대적인 것이라고 판단된다.
- 본 연구에서는 사료 단백질 급원으로 카제인과 대두단백질 외에 우리 일상생활에 중요하다고 판단되는 단백질 급원세 가지를 추가해서 이 단백질들이 병아리의 혈액 콜레스테롤 농도에 미치는 영향을 비교하였다. 이 다섯 가지 단백질들의 반응을 토대로 카제인 단백질이 나타내는 영향의 특수성과 일반 단백질 급원과의 차이점을 검토코자 하였다.
- 본 연구에서는 사료 단백질 급원으로 카제인과 대두단백질 외에 우리 일상생활에 중요하다고 판단되는 단백질 급원세 가지를 추가해서 이 단백질들이 병아리의 혈액 콜레스테롤 농도에 미치는 영향을 비교하였다. 이 다섯 가지 단백질들의 반응을 토대로 카제인 단백질이 나타내는 영향의 특수성과 일반 단백질 급원과의 차이점을 검토코자 하였다.
- 모든 사료는 하루에 3번씩 2주간 강제로 급여(forced-feeding)하였다. 이는 모든 개체의 영양소 섭취량을 최대한 같게 하여 섭취하는 단백질로부터의 아미노산 조성 이외 다른 요인이 실험 결과에 미치는 영향을 최소화하기 위해서였다. 사료 급여량은 별도의 자유 급식군(일반 사료)을 두고 이들이 섭취한 평균적인 사료 섭취량을 기준하였다.
제안 방법
- HDL-콜레스테롤은 침강 시약을 첨가하고 실온에서 5분 이상 방치 후 3,000 rpm에서 10분간 원심분리하고, 그 상층액을 이용하여 분석하였다. Non HDL-콜레스테롤(LDL-콜레스테롤+VLDL-콜레스테롤)은 총 콜레스테롤 함량과 HDL콜레스테롤 함량의 차이로 구하였다. 간 조직의 총 지방 함량은 Folch et al.
- 병아리는 쥐에 비해 혈액 콜레스테롤에 예민하게 반응하며, 인체의 지질 실험 모델로 더 적합한 동물이다. 각 단백질 사료 마다 NRC 요구량을 기준하여 부족한 필수아미노산(lysine, arginine 등)을 첨가하였다. 모든 실험 사료는 강제 급이 방식으로 1일 3회 급여하여 아미노산을 제외한 모든 영양소의 섭취량을 동일하게 하였다.
- 각 실험 사료의 단백질과 에너지 함량을 유사하게(isonitrogenous, isocaloric) 만들기 위하여 α-cellulose 농도를 3～4% 범위에서 조절하였다.
- 단백질 급원에 따라 5개의 처리군을 두었다. 각 단백질이 처리별 사료의 유일한 단백질 급원으로 이용되었다.
- 실험 사료의 모든 영양소 함량은 NRC 사양표준(1994)에 준해서 병아리의 요구량을 충족시켰다. 단백질 급원에 따라아미노산 조성이 달라 요구량을 맞추기 위하여 여러 필수 아미노산을 첨가하였다. Lys과 Arg을 첨가할 때 이들의 요구량 비율은 고려하지 않았다(Table 2).
- 대두단백질(ISP)이 혈액 콜레스테롤 농도에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 카제인, 어분, 쌀단백질, 옥수수 단백질 (글루텐 밀) 등과 함께 이들을 각각 함유한 반정제(semi-purified)사료를 2주간 병아리에게 급여하였다. 병아리는 쥐에 비해 혈액 콜레스테롤에 예민하게 반응하며, 인체의 지질 실험 모델로 더 적합한 동물이다.
- 두 차례에 걸쳐 동물 실험을 하였다. 두 실험의 동물, 재료와 방법 등은 동일하였는데 다만 실험 2에서는 모든 사료에 0.3% 콜레스테롤(Sigma Chemical Co., St. Louis)을 첨가, 급여하였다.
- 두 차례에 걸쳐 동물 실험을 하였다. 두 실험의 동물, 재료와 방법 등은 동일하였는데 다만 실험 2에서는 모든 사료에 0.
- 모든 사료는 하루에 3번씩 2주간 강제로 급여(forced-feeding)하였다. 이는 모든 개체의 영양소 섭취량을 최대한 같게 하여 섭취하는 단백질로부터의 아미노산 조성 이외 다른 요인이 실험 결과에 미치는 영향을 최소화하기 위해서였다.
- 각 단백질 사료 마다 NRC 요구량을 기준하여 부족한 필수아미노산(lysine, arginine 등)을 첨가하였다. 모든 실험 사료는 강제 급이 방식으로 1일 3회 급여하여 아미노산을 제외한 모든 영양소의 섭취량을 동일하게 하였다. 실험 2에서는 모든 사료에 콜레스테롤을 0.
- 카제인은 병아리의 요구량에 비해 과잉의 Lys을 갖고 있고, 쌀 단백질은 이와 대조적으로 Lys이 부족한 반면 과잉의 Arg을 갖고 있으며, 대두단백질은 함유황아미노산이 부족하고, 옥수수단백질은 함유황아미노산은 충분하지만 Lys, Arg 등이 부족하며, 어분은 모든 아미노산을 풍부하게 갖고 있다. 본 연구에서는 병아리의 아미노산 요구량에 비해 부족하게 들어있는 아미노산만을 보충하여 주었으며, 과잉으로 들어있는 아미노산으로 인한 길항 작용(Harper et al., 1970)을 방지하기 위한 특별한 조치는 취하지 않았다. 따라서 카제인과 쌀단백질군의 경우 각각 과잉의 Lys과 Arg의 영향이 그대로 반영되기를 기대하였다.
- 실험 종료일에 12시간 정도 절식시킨 후 개체별 체중을 측정하여 실험 기간의 증체량을 구하였다. 사료 이용 효율 (F/G)은 단위 체중 증가에 필요한 사료량으로 구하였다. 심장에서 채취한 혈액에 EDTA 처리를 하여 혈장을 분리 후 -20 ℃에 냉동 보관하였다.
- 모든 실험 사료는 강제 급이 방식으로 1일 3회 급여하여 아미노산을 제외한 모든 영양소의 섭취량을 동일하게 하였다. 실험 2에서는 모든 사료에 콜레스테롤을 0.3% 수준으로 첨가하여 급여하였다. 카제인군의 병아리 증 체량이 두 실험 모두 가장 저조하였고(P<0.
- 실험 1과 2의 사료 배합표는 Table 1에서와 같다. 실험 2에서는 혈중 콜레스테롤 농도를 인위적으로 높인 조건에서 단백질 급원들의 효과를 비교하기 위해 모든 사료에 콜레스테롤을 0.3%를 첨가(포도당 대치)하였다. 원료 사료로 포도당, 전분, α-cellulose 등 정제된 것들을 사용하였는데, 단백질 급원만은 원료에 따라 정제도가 달랐다.
- 실험 종료일에 12시간 정도 절식시킨 후 개체별 체중을 측정하여 실험 기간의 증체량을 구하였다. 사료 이용 효율 (F/G)은 단위 체중 증가에 필요한 사료량으로 구하였다.
- 혈액 총 콜레스테롤, HDL-콜레스테롤 및 triacylglyceride (TG) 농도와 간 조직의 콜레스테롤 농도는 시판 분석 kit(주식회사 엠비엘, 경기도)를 사용하여 효소적인 방법으로 측정하였다. HDL-콜레스테롤은 침강 시약을 첨가하고 실온에서 5분 이상 방치 후 3,000 rpm에서 10분간 원심분리하고, 그 상층액을 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 두 실험 모두 부화 후 3일령의 Hyline Brown 계통(한양부화장, 경기도), 수평아리를 사용하였다. 실험 1에서는 한 처리당 8수씩 총 40수(평균 체중 39.
- 두 실험 모두 부화 후 3일령의 Hyline Brown 계통(한양부화장, 경기도), 수평아리를 사용하였다. 실험 1에서는 한 처리당 8수씩 총 40수(평균 체중 39.0 g), 실험 2에서는 한 처리당 10수씩 총 50수(평균 체중 44.8 g)를 사용하였다. 이들은 철제 케이지(45×50×20 cm) 한 칸에 8～10수씩 수용하였으며, 케이지 후면에 음수 통을 설치하였다.
- 원료 사료로 포도당, 전분, α-cellulose 등 정제된 것들을 사용하였는데, 단백질 급원만은 원료에 따라 정제도가 달랐다.
데이터처리
- 모든 실험 data는 one way analysis of variance에 의해 분산 분석을 하였으며, 처리 평균 간의 유의차는 Duncan’s new multiple range test에 의해 비교하였다(SigmaStat, 2006).
- 모든 실험 data는 평균±표준편차로 표시하였다.
이론/모형
- 간 조직의 총 지방 함량은 Folch et al.(1957)의 방법에 의해 중량법으로 구하였다.
- 실험 사료의 모든 영양소 함량은 NRC 사양표준(1994)에 준해서 병아리의 요구량을 충족시켰다. 단백질 급원에 따라아미노산 조성이 달라 요구량을 맞추기 위하여 여러 필수 아미노산을 첨가하였다.
성능/효과
- 대두･쌀･옥수수단백질군 사이에 통계적으로 유의한 차이가 없었다. HDL-콜레스테롤 농도 역시 비슷한 경향을 보여 카제인군이 유의하게 가장 높았고, 대두･옥수수･쌀단백질 및 어분군 사이에는 유의한 차이가 없었다. Non HDL-콜레스테롤 농도도 카제인군이 가장 높았으며, 대두단백질군이 가장 낮은 농도를 보였다.
- HDL-콜레스테롤 농도 역시 비슷한 경향을 보여 카제인군이 유의하게 가장 높았고, 대두･옥수수･쌀단백질 및 어분군 사이에는 유의한 차이가 없었다. Non HDL-콜레스테롤 농도도 카제인군이 가장 높았으며, 대두단백질군이 가장 낮은 농도를 보였다. 쌀･옥수수단백질과 어분군은 그 중간 수준이었는데 non-HDL 콜레스테롤 수준은 모든 처리 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Table 4).
- 6%로 유의하게 가장 많았으며, 대두단백질군은 쌀･옥수수단백질, 어분군과 비슷한 수준이었다. 간 조직의 콜레스테롤 농도도 총 지질 함량과 비슷한 경향을 보여, 카제인군이 5.7 mg으로 유의하게 가장 많았고, 대두단백질군(3.4 mg)과 다른 단백질군 사이에는 유의한 차이가 없었다(Table 5).
- 카제인군이 간 무게나 총 지질 함량에서 다른 단백질군에 비해 통계적으로 유의하게 더 높았으며, 대두단백질과 다른 단백질군들은 비슷한 경향이었다. 간의 콜레스테롤 함량(조직 g당)은 카제인과 어분군이 5.7～6.1 mg으로 가장 많았고, 대두․쌀단백질군은 유의하게 가장 낮았고, 옥수수단백질은 그 중간이었다(Table 5).
- 반면에 대두단백질과 쌀단백질, 옥수수단백질 및 어분군의 혈중 콜레스테롤 함량이 비슷하게 나타나는 것은 사료 Lys/Arg 비율이 카제인만큼 심하게 높지 않기 때문이라고 생각된다. 결론적으로 대두단백질군의 저콜레스테롤 혈증(hypocholesterolemia)은 카제인에 비교할 때만 나타나는 상대적인 현상으로, 대두단백질 자체가 혈중 콜레스테롤을 저하시킬 수 있는 독자적인 기능을 갖고 있지 않다고 판단된다.
- 결론적으로 대두단백질은 혈중 콜레스테롤 농도를 저하 시키는 독자적 기능을 갖고 있지 않으며, 대두단백질 섭취시 나타나는 일반적인 혈중 농도의 저하 현상은 카제인 군과의 비교에 의한 상대적인 결과에 불과하다고 판단된다.
- 4 mg 증가하였다. 대두･쌀･옥수수단백질군은 총콜레스테롤 농도가 232～285 mg 수준으로 실험 1에 비해 36～58 mg 정도 증가하는데 그쳐 동물성 단백질군에 비해 증가 폭이 현저히 더 적었다(Table 4).
- 불행히도 많은 연구자들(본 연구 포함)이 실험 초기의 동물 혈액 농도를 측정하지 않고 있어 실험 기간 중 콜레스테롤의 농도 변화가 파악되지 않고 있다. 몇 개의 동물 실험(Aljawad et al., 1991; Carroll, 1978; Terpstra et al., 1983; West 등, 1989)에서 실험 초기와 실험 기간 중 단계별로 분석한 것을 종합해 보면 대두단백질군에서 실험 초기와 말기의 혈액 콜레스테롤 농도가 거의 변화하지 않고 있었다. 이렇게 대두단백질의 급여 동물에서 실험 초기 혈중 농도가 그대로 실험 종료까지 지속되고 있었는데도 대조군(카제인)의 혈액 콜레스테롤 농도는 계속 증가하고 있었다.
- 실험 2의 HDL-콜레스테롤 농도는 실험 1에 비해 약간만 변화하는 경향을 보여 콜레스테롤의 사료 첨가가 혈액 HDL콜레스테롤 농도에 별다른 영향을 미치지 않았다. 반면에 실험 2의 non HDL-콜레스테롤 농도는 크게 증가하여 카제인군은 279.1 mg으로 실험 1에 비해 147.6 mg이나 증가하였고, 어분군도 124.5 mg이나 증가한 반면 대두･쌀･옥수수단백질군은 21～59 mg 정도의 증가만 보였다(Table 4).
- 본 실험 결과, 카제인을 섭취한 동물은 대두단백질군에 비해 혈액 콜레스테롤 농도가 항상 현저히 높았으며, 대두단백질군의 혈중 농도는 다른 식물성 단백질군(쌀․옥수수단 백질) 및 어분(실험 1)군과 차이가 없었다. 실험 2에서 콜레스테롤을 첨가 급여한 경우에도 혈액 콜레스테롤 농도의 상승 정도가 대두･쌀･옥수수단백질군에서 서로 비슷하였다.
- 이 연구자들은 섭취한 단백질의 아미노산 조성의 차이에 의해 혈액 콜레스테롤 함량이 달라진 것 같다고 보고 있다. 본 연구에서 어분군의 Lys/Arg 비율이 1.20으로 요구량 비율(0.85)에 비해 높기는 하나 병아리가 두 실험에서 가장 좋은 성장률을 보인 것을 고려하면 이 Lys/Arg 비율이 혈액 콜레스테롤에 절대적 영향을 미칠 정도는 아니라고 생각된다(실험 1). 그럼에도 불구하고 이 정도(1.
- 실험 사료가 병아리의 체중 증가와 F/G에 미치는 영향은 Table 3에서와 같다. 실험 1과 2에서 비슷한 경향이 나타났는데 다섯 가지 단백질 처리군 중에 대두단백질과 어분군의 증체량이 110 g/bird 수준으로 유의하게 가장 좋았으며, 카제인, 쌀- 및 옥수수단백질군은 서로 비슷한 수준(91～98 g)이었다. F/G도 증체량과 유사한 경향을 보였다.
- 실험 1에서 혈액 총 콜레스테롤 농도는 카제인군이 유의하게 가장 높았고, 대두 단백질과 어분군이 가장 낮았다(Ta- ble 4). 대두･쌀･옥수수단백질군 사이에 통계적으로 유의한 차이가 없었다.
- 실험 2에서는 사료에 콜레스테롤을 첨가 급여하였기 때문에 전체적으로 모든 실험군에서 혈액 총콜레스테롤 농도가 증가하는 경향을 보였다. 카제인군이 421.
- 실험 2의 HDL-콜레스테롤 농도는 실험 1에 비해 약간만 변화하는 경향을 보여 콜레스테롤의 사료 첨가가 혈액 HDL콜레스테롤 농도에 별다른 영향을 미치지 않았다. 반면에 실험 2의 non HDL-콜레스테롤 농도는 크게 증가하여 카제인군은 279.
- Non HDL-콜레스테롤 농도도 카제인군이 가장 높았으며, 대두단백질군이 가장 낮은 농도를 보였다. 쌀･옥수수단백질과 어분군은 그 중간 수준이었는데 non-HDL 콜레스테롤 수준은 모든 처리 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다(Table 4).
- 카제인군은 실험 1, 2에서 혈액 총콜레스테롤, non-HDL 콜레스테롤, TG 함량이 유의하게 가장 높았고, 대두단백질 군은 다른 단백질군(쌀․옥수수단백질, 어분)과 대체로 비슷한 수준을 보였다. 어분군은 실험 2에서 혈액 콜레스테롤이 대두･쌀･옥수수단백질군 보다 유의하게 더 높았다. 카제인군은 간 중량이 두 실험 모두 가장 무거웠고 간의 콜레스테롤 및 총지질 함량도 가장 많았다.
- 옥수수단백질군은 여러 측정 항목에서 대두단백질군과 비슷하였는데, 다만 HDL-콜레스테롤 농도가 유의하게 높았다. 옥수수단백질군 사료의 Lys과 Arg 비율(0.
- 8 g으로 가장 무거웠으며, 대두단백질이나 다른 단백질 군은 차이가 없었다. 총 지질 함량도 카제인군이 간 무게의 13.6%로 유의하게 가장 많았으며, 대두단백질군은 쌀･옥수수단백질, 어분군과 비슷한 수준이었다. 간 조직의 콜레스테롤 농도도 총 지질 함량과 비슷한 경향을 보여, 카제인군이 5.
- 어분군은 실험 2에서 혈액 콜레스테롤이 대두･쌀･옥수수단백질군 보다 유의하게 더 높았다. 카제인군은 간 중량이 두 실험 모두 가장 무거웠고 간의 콜레스테롤 및 총지질 함량도 가장 많았다. 반면에 어분군은 콜레스테롤 함량을 제외하고 대두․쌀․옥수수단백질 군과 같은 수준을 보였다.
- 05), 대두단백질과 어분군의 성장률이 가장 좋았다. 카제인군은 실험 1, 2에서 혈액 총콜레스테롤, non-HDL 콜레스테롤, TG 함량이 유의하게 가장 높았고, 대두단백질 군은 다른 단백질군(쌀․옥수수단백질, 어분)과 대체로 비슷한 수준을 보였다. 어분군은 실험 2에서 혈액 콜레스테롤이 대두･쌀･옥수수단백질군 보다 유의하게 더 높았다.
- 카제인군의 병아리 증 체량이 두 실험 모두 가장 저조하였고(P<0.05), 대두단백질과 어분군의 성장률이 가장 좋았다.
- 실험 2에서도 간 무게, 조직 내 총 지질 함량, 콜레스테롤 농도에서 실험 1과 비슷한 경향을 보였다. 카제인군이 간 무게나 총 지질 함량에서 다른 단백질군에 비해 통계적으로 유의하게 더 높았으며, 대두단백질과 다른 단백질군들은 비슷한 경향이었다. 간의 콜레스테롤 함량(조직 g당)은 카제인과 어분군이 5.
후속연구
- 병아리는 쥐에 비해 Arg의 결핍에 더 예민하게 반응하는데(Nesheim, 1968) 조류는 단백질의 최종 분해산물로 uric acid를 배설하기 때문에 urea cycle이 존재하지 않아 Arg이 조류에서 필수 아미노산으로 되어 있다. 본 연구에서 카제인 사료에 Arg을 첨가해 주지 않았으면 병아리의 성장은 더 현저하게 지연되었을 것이며, 혈액 콜레스테롤 농도도 더 크게 증가하였을 수 있을 것이다.
- , 1990) 이것이 본 실험 결과에 영향을 미쳤을 가능성도 배제할 수 없다. 어분 단백질 자체가 혈액 콜레스테롤 함량에 미치는 영향을 더 정확하게 확인하기 위해서는 정제도가 높은 순수한 어분 단백질을 사용하는 연구가 필요하다고 생각된다.
- , 1988)는 주장은 여전히 많은 연구자들에 의해 인용되고 있다. 이번 연구에서 분으로 배설되는 스테로이드 함량을 조사하지 않았으나 차후 연구에서 쌀- 및 옥수수단백질 등을 섭취한 동물에서 스테로이드의 분 배설 정도를 조사할 필요가 있다.
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